EP0953767A2 - Hydrostatische Maschine - Google Patents

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EP0953767A2
EP0953767A2 EP99107900A EP99107900A EP0953767A2 EP 0953767 A2 EP0953767 A2 EP 0953767A2 EP 99107900 A EP99107900 A EP 99107900A EP 99107900 A EP99107900 A EP 99107900A EP 0953767 A2 EP0953767 A2 EP 0953767A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
opening
control
hydrostatic machine
regulating
Prior art date
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EP99107900A
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English (en)
French (fr)
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EP0953767A3 (de
EP0953767B1 (de
Inventor
Jörg Dantlgraber
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Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Mannesmann Rexroth AG
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Publication date
Application filed by Mannesmann Rexroth AG filed Critical Mannesmann Rexroth AG
Publication of EP0953767A2 publication Critical patent/EP0953767A2/de
Publication of EP0953767A3 publication Critical patent/EP0953767A3/de
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Publication of EP0953767B1 publication Critical patent/EP0953767B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/20—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block
    • F04B1/2014—Details or component parts
    • F04B1/2042—Valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B11/00—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation

Definitions

  • the invention relates to a hydrostatic machine according to the preamble of Claim 1.
  • Hydrostatic machines both in axial piston design and in Radial piston designs are known in a variety of designs.
  • hydrostatic machines have a control body to the cylinders of either as a motor or as a pump working hydrostatic machine cyclically with a High pressure line and a low pressure line to connect.
  • a low pressure control opening and a high pressure control opening educated.
  • the cylinders are during the first half revolution of the hydrostatic machine with the high pressure control opening and during a second Half turn of the hydrostatic machine with the low pressure control opening connected.
  • FIG. 7 shows that of a hydrostatic machine operating as a hydraulic pump Funding volume.
  • the funding volume is the sum of the individual the cylinders passed by the high-pressure control opening Part volumes, the course of which is approximately sinusoidal. By doing sinusoidal course is missing the front hatched in Fig. 7 Flank area that is used for pre-compression to reduce pressure pulsation is needed.
  • the described delivery flow pulsation results as a result.
  • a hydrostatic machine is for one hydrostatic machine in axial piston design from DE 42 29 544 A1 and for one Radial hydrostatic machine known from DE 37 00 573 A1.
  • the control body of the hydrostatic Machine with one between the low pressure control opening and the high pressure control opening arranged to provide additional opening, which from to the cylinders leading connecting holes in the reversal area between the low pressure control opening and the high pressure control opening is briefly swept.
  • the Additional opening is connected to a pre-compression container, which in turn with the high pressure control opening or the high pressure line via a throttled Connection line is connected. With every change from the low pressure control opening the cylinders therefore become the high-pressure control opening briefly with a pre-compression volume.
  • the pre-compression volume due to the structural Size of the pre-compression container is fixed and therefore only for one Operating point can be optimized.
  • Another major disadvantage is that the course of the pressure transition from that in the low pressure control port prevailing low pressure to that prevailing in the high pressure control opening High pressure is largely undefined and the pressure of the pressure medium in the Cylinders when reaching the high pressure control port not with that in the High pressure control opening coincides with high pressure. Through the remaining pressure difference is reduced but still for the Considerable pressure and flow pulsations.
  • the invention is therefore based on the object, the noise to further reduce hydrostatic machines and a possible one To further counteract cavitation damage.
  • the invention is based on the finding that by connecting the additional opening with a regulated or controlled pre-compression device by a suitable regulation or control device is controlled, a continuous and constant pressure build-up at the transition from the low pressure control opening to the High pressure control opening can be reached.
  • the one from the pre-compression device generated pressure gradient can be particularly the speed of the hydrostatic Adjust the machine and the high pressure in the high pressure line.
  • a hydrostatic machine with variable high pressure in the High pressure line according to claim 3 advantageously provided a pressure sensor be.
  • the pre-compression device is controlled so that the Slope in the pressure build-up between low pressure and high pressure is proportional to the high pressure in the high pressure line. This ensures that the pressure builds up as slowly as possible, ensuring that the Pressure medium of the cylinder on reaching the high pressure control opening High pressure level is located.
  • a second additional opening opposite the first additional opening arranged according to claim 4 to the transition from the high pressure control port to the low pressure control port a continuous and steady To ensure pressure reduction.
  • a corresponding relief device Controlling regulating or control device can also be made according to claim 5 and 6 can be connected to a speed sensor or pressure sensor.
  • a pressure sensor be provided to the pressure gradient at the transition from the low pressure level to the high pressure level or vice versa from the high pressure level to to regulate the low pressure level continuously.
  • a sensor for detecting the displacement volume of the hydrostatic machine be provided.
  • the pre-compression device or the relief device points accordingly Claim 9 preferably a piezoelectric or magnetostrictive actuator.
  • the control of the piezoelectric or magnetostrictive actuator can be done by a Suitable electronic control circuit take place according to claim 10 a charging capacitor and a resistance element with preferably changeable Resistance can include. If the actuator is designed as a piezoelectric actuator, is the time for the electrical charge transfer between the charging capacitor and the actuator of the product of the capacitance of the charging capacitor and the Resistance of the resistance element depends. By varying the resistance of the Resistance elements can therefore be generated by the piezoelectric actuator Pressure gradient can be influenced.
  • the piezoelectric actuator generated final pressure by the charging voltage to which the charging capacitor is charged varies and at those in the high-pressure control opening High pressure can be adjusted. If according to claim 13 for the A first piezoelectric pre-compression device at the first additional opening Actuator and a second for the relief device at the second additional opening piezoelectric actuator are provided, the actuation of the actuators can also in the way that the electrical charge between the two actuators is transferred.
  • a piezoelectric actuator or a magnetostrictive actuator can also for example a magnetic pump, a mechanical pump, a hydraulic one Pressure intensifier or according to claim 14 a correspondingly controlled Control valve are used.
  • Fig. 1 shows a generally designated by the reference numeral 1, according to the invention hydrostatic machine in axial piston design.
  • Hydrostatic machines in Axial piston construction are generally known, so that the following Description limited to the essential elements here. It is emphasized that the present invention in the same way in hydrostatic machines in Radial piston design can be realized.
  • Cylinder drum 2 rotatably supported about an axis of rotation 3.
  • the cylinder drum 2 are in the form of a cylinder 4 distributed along a circle around the axis of rotation 3 provided by cylinder bores in which pistons 5 are axially movable.
  • the pistons 5 each have at their end protruding from the cylinder drum 2 a ball head 6, which in a corresponding spherical recess 7 of Slide shoes 8 is pivotally mounted.
  • the sliding shoes 8 were based on the Sliding surface 9 of a slant plate 10 and are by means of a pressure pocket 11 hydraulically relieved.
  • the swivel angle ⁇ can be determined using a suitable Adjustment device can be adjustable.
  • the cylinders 4 are by means of an Embodiment disc-shaped control body 12 cyclically alternately connectable to a low pressure line or a high pressure line. Of the Control body 12 is shown in Fig. 2 in a plan view, so that a low pressure control opening 13 and a high pressure control opening 14 can be seen.
  • the Dead center position of the pistons 5 is marked by the dash-dotted line 15.
  • the hydrostatic machine 1 works as a hydraulic pump, pressure medium during a first half revolution of the cylinder drum 2 via the low pressure control opening 13 sucked into the cylinder 4, the piston 5 a suction stroke To run. During the subsequent half rotation of the cylinder drum 2 the pistons 5 perform a pressure stroke and press the pressure medium over the High pressure control opening 14 in the connected high pressure line.
  • the hydrostatic machine 1 as a hydraulic motor is the direction of flow of the Media reversed. According to the invention is between the low pressure control opening 13 and the high-pressure control opening 14 a first additional opening 20 intended.
  • the high pressure control opening 14 asymmetrically with respect to the dead center position 15 of the pistons 5 formed so that the leading edge 21 of the high pressure control opening 14 is with respect the dead center position 15 is offset further than the trailing edge 22.
  • Equalizing the delivery volume is via the first additional opening 20 and one Pre-compression device 23 injected pressure medium into the cylinder 4.
  • the Pre-compression device 23 is used for this purpose by means of a regulating or control device 24 controlled so that in the cylinders 4 at the transition from the low pressure control opening 13 to the high pressure control opening 14 a continuous, steady Pressure builds up.
  • the pre-compression device comprises 23 a piezoelectric actuator 25.
  • the piezoelectric actuator 25 consists of several stacked ceramic disks from a piezoelectric Material, for example barium titanate.
  • the individual ceramic disks are for example by vapor deposition with electrodes and thus with a electric field that can be applied in all directions piezoelectric ceramic disks are directed in the same direction. With more suitable Orientation of the piezoelectric ceramic disks stretch when they are put on an electrical voltage. Due to the stacked arrangement of a variety of A sufficient actuator stroke can be achieved with piezoelectric ceramic plates Demand can be increased by a hydraulic translation known as such can.
  • the piezoelectric actuator 25 acts on an actuator piston 26, which in an actuator cylinder 27 is axially movable. Used to reset the actuator piston a return spring 28.
  • the actuator cylinder is connected to the first additional opening 20 via a connecting line 28 connected. If the openings 29 of the cylinder 4 shown in dashed lines over the first additional opening 20, the piezoelectric actuator 25 is moved through the Regulation or control device 24 with an increasing electrical voltage imposes that the piezoelectric ceramic plates expand and by shifting the actuator piston 26, the pressure in the actuator cylinder 27 increasing increasingly.
  • the control takes place in such a way that the pressure in the first Additional opening 20 or the cylinder 4 connected to this starting from the in the low pressure control opening 13 prevailing low pressure in the High pressure control opening 14 prevailing high pressure continuously and steadily, for example linear, increased.
  • the fact that the pressure in the cylinders 4 at Reaching the high pressure control opening 14 is at the high pressure level, pressure pulsations are avoided. Because that was needed for pre-compression Pressure medium is pressed out of the actuator cylinder 27, there are no drops in the flow of the hydrostatic machine 1, d. H. Flow pulsations do not occur.
  • the electrical voltage 25 of the piezoelectric Actuator 25 subsequently switched off, so that the piezoelectric ceramic plates of the piezoelectric actuator 25 contract and the volume of Actuator cylinder 27 enlarged again.
  • the print medium required for this can be via a suitable suction throttle 30 or a suction valve from a pressure medium tank 31 be sucked up.
  • FIG. 3 shows a top view of a control body 12 of a hydrostatic machine 1 corresponding to a second compared to the embodiment of FIGS. 1 and 2 extended embodiment. Elements already described are included matching reference numerals, so that there is a repetitive Description unnecessary.
  • a second additional opening 40 intended.
  • the second additional opening 40 is connected via a connecting line 41 an actuator cylinder 42 of a relief device 43.
  • the Relief device 43 is in the same way as the pre-compression device 23 constructed, and has a piezoelectric actuator 44, an actuator piston 45 and one Return spring 46 on.
  • the relief device 43 is controlled by a control or Control device 47 controlled.
  • For the suction of the pressure fluid is one Suction throttle 48 between the pressure medium tank 31 and the connecting line 41 provided.
  • the relief device 44 is the control or Control device 47 controlled so that in the cylinders 4 at the transition from the high pressure control port 14 to the low pressure control port 13 continuous, constant pressure reduction results.
  • the one shown in FIG. 3 The exemplary embodiment is both the first additional opening 20 and the second Additional opening 40 is provided in the dead center position 15.
  • a speed sensor 49 is provided, which is connected to the regulating and control devices 24 and 47. Furthermore, a pressure sensor 50, which is also connected to the regulating or control devices 24 and 47, is provided for detecting the high pressure prevailing in the high-pressure control opening 14 or the high-pressure line connected to it.
  • the regulating or control devices 24 and 47 generate an electrical control pulse for actuating the piezoelectric actuators 25 and 44.
  • the time interval for the rising edge to control the piezoelectric actuator 25 or the falling edge to control the piezoelectric actuator 44 is inversely proportional to the speed n of the cylinder drum 2.
  • the slope of the control pulse for the actuators 25 and 44 is further determined by the level of the high pressure p H in the high pressure control opening 14, the amplitude of the control pulse generated by the regulating or control devices 24 and 47 being proportional to the high pressure p H. It is thereby achieved that the stroke of the piezoelectric actuators 25 and 44 is proportional to the pressure difference between the level of the low-pressure control opening 13 and the high-pressure control opening 14. It is assumed that the pressure level of the low-pressure control opening 13 is essentially negligible and constant over time.
  • the speed sensor 49 can simultaneously serve to detect the rotational position of the cylinder drum 2 and thus to synchronize the actuation pulses for the piezoelectric actuators 25 and 44 with respect to the position of the openings 29 of the cylinder bores 4.
  • a pressure sensor 51 and 52 can additionally be used Detecting the actual pressure at the first additional opening 20 or at the second Additional opening 40 may be provided. This allows the rule or Control devices 24 and 47 through the piezoelectric actuators 25 and 44 certain actual pressure to a predetermined target pressure at any time of the Adjust the control pulse so that the pressure gradient in the additional openings 20 and 44 a predetermined ideal course is tracked or adjusted.
  • the swivel angle ⁇ of the swash plate 10 shown in FIG. 1 can be detected by means of a suitable sensor, for example a rotary potentiometer.
  • the swivel angle ⁇ is proportional to the displacement volume of the hydrostatic machine 1, ie the stroke volume in the cylinders 4.
  • the control signal acting on the piezoelectric actuator 25, in particular the amplitude of this control signal can be determined more precisely.
  • the regulating or control devices 24 and 47 can comprise an electrical control circuit shown schematically in FIG. 4.
  • a charging capacitor C is charged by means of a variable voltage source V via a switch S 2 to a predetermined charging voltage, which is proportional to the high pressure p H currently prevailing in the high-pressure control opening 14 and / or the displacement volume, in particular the swivel angle ⁇ , of the hydrostatic machine 1 is.
  • the switch S 2 is opened.
  • the piezoelectric actuator 25 is actuated via a resistance element R with a variable resistance.
  • the resistance R is inversely proportional to the speed n of the cylinder drum 2 detected by the sensor 49.
  • the second switch S 1 is closed and the charge of the charging capacitor C is transferred to the piezoelectric actuator 24 via the resistance element R.
  • the duration of the charge transfer is determined by the variable resistance element R, while the stroke of the piezoelectric actuator 25 is predetermined by the charging voltage of the charging capacitor C and is dependent on the high pressure p H detected by the pressure sensor 50 and / or the displacement volume of the hydrostatic machine 1 .
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the invention.
  • A is shown Top view of the control body 12. Also here are elements already described matching reference numerals.
  • each a control valve 70 or 71 which in the illustrated embodiment is designed as a 3/2-way valve.
  • the basic position shown in FIG. 5 is that to the first additional opening 20 of the Control body 12 leading connecting line 28 interrupted.
  • With increasing Actuation of the electrical actuating device 72 becomes the connecting line 28 increasingly via a throttle 74 with the high-pressure control opening 14 or connected to the high pressure line, so that the pressure on the first additional opening 20 increasingly increased.
  • the one coming from the second additional opening 40 is the same Connection line 41 interrupted in the basic position shown in FIG. 5.
  • Valve body of the control valve 71 With increasing loading of the electrical actuator 73 Valve body of the control valve 71 increasingly displaced against the return spring 75, so that the control valve 71 opens increasingly and a relief of the second Additional opening 40 allows the pressure medium tank 31 via a throttle 76.
  • the electrical actuation device 73 is controlled by means of the control or Control device 47 in a similar manner to the control of the piezoelectric Actuator 44 in FIG. 3.
  • Fig. 6 shows the pressure p in the cylinders 4 as a function of the angle of rotation ⁇ of the cylinder drum 2.
  • the pressure profiles for conventionally designed hydrostatic machines are shown as solid lines, while the pressure profiles for a hydrostatic machine designed according to the invention are shown by dash-dotted lines.
  • the pressure pulsation in the two reversing areas can be seen in the pressure curve of a conventional hydrostatic machine.
  • the regulated or controlled pre-compression or relief according to the invention in the changeover areas achieves a continuous, steady pressure build-up or pressure reduction while avoiding pressure peaks. This can significantly reduce the noise emissions of the hydrostatic machine. Cavitation damage is also counteracted.
  • piezoelectric or magnetostrictive actuators can be used as Pre-compression device or relief device also z.
  • Legs Magnetic pump, a directly driven mechanical pump or one of a kind Electric motor with variable speed driven mechanical pump used become.

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Abstract

Die Kolben (5) einer hydrostatischen Maschine (1) sind in Zylindern (4) bewegbar und einer zyklischen Hubbewegung unterworfen. Ein Steuerkörper (12) weist eine Niederdruck-Steueröffnung (13) und eine Hochdruck-Steueröffnung (14) auf, um die Zylinder (4) zyklisch, alternierend mit einer Niederdruckleitung und einer Hochdruckleitung zu verbinden. Ferner weist der Steuerkörper (12) eine Zusatzöffnung (20) zum Beaufschlagen der Zylinder (4) mit einem vorkomprimierten Druckmedium auf. Erfindungsgemäß ist die Zusatzöffnung (20) mit einer geregelten oder gesteuerten Vorkompressionseinrichtung (23) verbunden, die durch eine Regel- oder Steuereinrichtung (24) so angesteuert wird, daß sich in den Zylindern (4) beim Übergang von der Niederdruck-Steueröffnung (13) zu der Hochdruck-Steueröffnung (14) ein kontinuierlicher, stetiger Druckaufbau einstellt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hydrostatische Maschinen sowohl in Axialkolbenbauweise als auch in Radialkolbenbauweise sind in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Bekanntermaßen weisen hydrostatische Maschinen einen Steuerkörper auf, um die Zylinder der entweder als Motor oder als Pumpe arbeitenden hydrostatischen Maschine zyklisch mit einer Hochdruckleitung und einer Niederdruckleitung zu verbinden. Dazu sind in dem Steuerkörper eine Niederdruck-Steueröffnung und eine Hochdruck-Steueröffnung ausgebildet. Die Zylinder werden während einer ersten Halbumdrehung der hydrostatischen Maschine mit der Hochdruck-Steueröffnung und während einer zweiten Halbumdrehung der hydrostatischen Maschine mit der Niederdruck-Steueröffnung verbunden.
Im Umsteuerbereich zwischen der Niederdruck-Steueröffnung und der Hochdruck-Steueröffnung kommt es aufgrund der auftretenden Druckpulsationen und Förderstrompulsationen zu einer relativ starken Geräuschentwicklung. Beispielsweise in der DE-OS 21 52 524 wurde daher vorgeschlagen, durch Vorsteuerbohrungen im Anströmbereich der Steueröffnungen die Druck- und Förderstrompulsationen zu verringern und so der Geräuschentwicklung entgegenzuwirken. In ähnlicher Weise wird beispielsweise in der DE-OS 22 08 890 vorgeschlagen, der Geräuschentwicklung durch Vorsteuernuten zu begegnen. In der letztgenannten Druckschrift wird als weitere Maßnahme zur Kavitationsverminderung und Verminderung der Geräuschentwicklung vorgeschlagen, die Umsteuerlage des Steuerkörpers in der Drehrichtung der Zylindertrommel der hydrostatischen Maschine geringfügig gegenüber der Totpunktlage zu verdrehen. Auf diese Weise wird beim Übergang von der Niederdruck-Steueröffnung zu der Hochdruck-Steueröffnung eine Vorkompression erzielt, d. h. das Druckmedium wird vor Erreichen der Hochdruck-Steueröffnung geringfügig vorverdichtet, so daß die Druckdifferenz zwischen der an der Hochdruck-Steuerleitung angeschlossenen Hochdruckleitung und dem in den Zylindern befindlichen Druckmedium vermindert oder im Idealfall sogar beseitigt ist. Der Nachteil dieser Vorgehensweise besteht jedoch darin, daß eine Optimierung der Verdrehung des Steuerkörpers nur für einen bestimmten Betriebspunkt, d. h. ein bestimmtes Verdrängungsvolumen und einen bestimmter Arbeitsdruck der hydrostatischen Maschine, erfolgen kann.
Ein weiterer erheblicher Nachteil besteht darin, daß das zur Vorverdichtung benötigte Druckmedium in dem Fördervolumen der beispielsweise als Pumpe arbeitenden hydrostatischen Maschine fehlt. Die durch Förderstromeinbrüche hervorgerufenen Förderstrompulsationen führen ihrerseits zu einer Geräuschentwicklung. Eine gleichzeitige Beseitigung der Druckpulsationen und der Förderstrompulsationen ist mit den bekannten Maßnahmen nicht möglich. Zur Veranschaulichung zeigt Fig. 7 das von einer als Hydropumpe arbeitenden hydrostatischen Maschine abgegebene Fördervolumen. Das Fördervolumen ergibt sich als Summe der von den einzelnen an der Hochdruck-Steueröffnung vorbeigeführten Zylindern abgegebenen Forderteilvolumina, deren Verlauf annäherungsweise sinusförmig ist. In dem sinusförmigen Verlauf fehlt der in Fig. 7 schraffiert dargestellte vordere Flankenbereich, der für die Vorkompression zur Verringerung der Druckpulsation benötigt wird. Als Ergebnis ergibt sich die beschriebene Förderstrompulsation.
Eine hydrostatische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist für eine hydrostatische Maschine in Axialkolbenbauweise aus der DE 42 29 544 A1 und für eine hydrostatische Maschine in Radialbauweise aus der DE 37 00 573 A1 bekannt. In diesen Druckschriften wird vorgeschlagen, den Steuerkörper der hydrostatischen Maschine mit einer zwischen der Niederdruck-Steueröffnung und der Hochdruck-Steueröffnung angeordneten Zusatzöffnung zu versehen, welche von zu den Zylindern führenden Verbindungsbohrungen in dem Umsteuerbereich zwischen der Niederdruck-Steueröffnung und der Hochdruck-Steueröffnung kurzzeitig überstrichen wird. Die Zusatzöffnung ist mit einem Vorkompressionsbehälter verbunden, welcher wiederum mit der Hochdruck-Steueröffnung bzw. der Hochdruckleitung über eine gedrosselte Verbindungsleitung verbunden ist. Bei jedem Wechsel von der Niederdruck-Steueröffnung zu der Hochdruck-Steueröffnung werden die Zylinder daher kurzzeitig mit einem Vorkompressionsvolumen beaufschlagt. Zwar ergibt sich ein Vorteil gegenüber der bisher diskutierten Lösung insofern, als das Vorkompressionsvolumen extern zugeführt wird und die Förderstrompulsation daher etwas vermindert ist. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß das Vorkompressionsvolumen durch die bauliche Größe des Vorkompressionsbehälters festgelegt ist und deshalb nur für einen Betriebspunkt optimiert werden kann. Ferner besteht ein erheblicher Nachteil darin, daß der Verlauf des Druckübergangs von dem in der Niederdruck-Steueröffnung herrschenden Niederdruck zu dem in der Hochdruck-Steueröffnung herrschenden Hochdruck weitgehend undefiniert ist und der Druck des Druckmediums in den Zylindern beim Erreichen der Hochdruck-Steueröffnung nicht mit dem in der Hochdruck-Steueröffnung herrschenden Hochdruck übereinstimmt. Durch die verbleibende Druckdifferenz ergeben sich zwar verminderte aber dennoch für die Geräuschentwicklung erhebliche Druck- und Förderstrompulsationen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Geräuschentwicklung bei hydrostatischen Maschinen weiter zu vermindern und einer möglichen Kavitationsschädigung weiter entgegenzuwirken.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch Verbinden der Zusatzöffnung mit einer geregelten oder gesteuerten Vorkompressionseinrichtung, die von einer geeigneten Regel- oder Steuereinrichtung angesteuert wird, sich ein kontinuierlicher und stetiger Druckaufbau beim Übergang von der Niederdruck-Steueröffnung zu der Hochdruck-Steueröffnung erreichen läßt. Der von der Vorkompressionseinrichtung erzeugte Druckgradient läßt sich insbesondere an die Drehzahl der hydrostatischen Maschine und den in der Hochdruckleitung herrschenden Hochdruck anpassen. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen läßt sich die Geräuschentwicklung der hydrostatischen Maschine erheblich vermindern und die Lebensdauer der hydrostatischen Maschine aufgrund einer vermiedenen Kavitationsschädigung erheblich verlängern.
Die Ansprüche 2 bis 14 betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Bei einer hydrostatischen Maschine mit variabler Drehzahl ist es entsprechend Anspruch 2 vorteilhaft, einen Drehzahlsensor vorzusehen und die Vorkompressionseinrichtung durch die Regel- oder Steuereinrichtung so anzusteuern, daß das Zeitintervall, in welchem der Druck zwischen dem Niederdruck und dem Hochdruck aufgebaut wird, der Drehzahl der hydrostatischen Maschine umgekehrt proportional ist. Entsprechend kann bei einer hydrostatischen Maschine mit variablem Hochdruck in der Hochdruckleitung entsprechend Anspruch 3 vorteilhaft ein Drucksensor vorgesehen sein. Die Vorkompressionseinrichtung wird dabei so angesteuert, daß die Flankensteilheit bei dem Druckaufbau zwischen dem Niederdruck und dem Hochdruck dem Hochdruck in der Hochdruckleitung proportional ist. Dadurch wird erreicht, daß der Druckaufbau so langsam wie möglich erfolgt, wobei sichergestellt ist, daß sich das Druckmedium der Zylinder beim Erreichen der Hochdruck-Steueröffnung auf dem Hochdruck-Niveau befindet.
Vorteilhaft ist zwischen der Hochdruck-Steueröffnung und der Niederdruck-Steueröffnung der ersten Zusatzöffnung gegenüberliegend eine zweite Zusatzöffnung entsprechend Anspruch 4 angeordnet, um beim Übergang von der Hochdruck-Steueröffnung zu der Niederdruck-Steueröffnung einen kontinuierlichen und stetigen Druckabbau zu gewährleisten. Eine eine entsprechende Entlastungseinrichtung ansteuernde Regel- oder Steuereinrichtung kann dabei ebenfalls entsprechend Anspruch 5 und 6 mit einem Drehzahlsensor oder Drucksensor verbunden sein. Schließlich kann entsprechend Anspruch 7 auch in der oder den Zusatzöffnung(en) ein Drucksensor vorgesehen sein, um den Druckgradienten beim Übergang von dem Niederdruck-Niveau zu dem Hochdruck-Niveau bzw. umgekehrt von dem Hochdruck-Niveau zu dem Niederdruck-Niveau kontinuierlich zu regeln. Ferner kann entsprechend Anspruch 8 ein Sensor zum Erfassen des Verdrängungsvolumens der hydrostatischen Maschine vorgesehen sein.
Die Vorkompressionseinrichtung bzw. die Entlastungseinrichtung weist entsprechend Anspruch 9 einen vorzugsweise piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor auf. Die Ansteuerung des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktors kann durch eine geeignete elektronische Ansteuerschaltung erfolgen, die entsprechend Anspruch 10 einen Ladekondensator und ein Widerstandselement mit vorzugsweise veränderbarem Widerstand umfassen kann. Wenn der Aktor als piezoelektrischer Aktor ausgebildet ist, ist die Zeit für den elektrischen Ladungstransfer zwischen dem Ladekondensator und dem Aktor von dem Produkt aus der Kapazität des Ladekondensators und dem Widerstand des Widerstandselements abhängig. Durch Variation des Widerstands des Widerstandselements kann daher der von dem piezoelektrischen Aktor erzeugte Druckgradient beeinflußt werden. Ferner kann der von dem piezoelektrischen Aktor erzeugte Enddruck durch die Ladespannung, auf welche der Ladekondensator aufgeladen wird, variiert und an den in der Hochdruck-Steueröffnung herrschenden Hochdruck angepaßt werden. Wenn entsprechend Anspruch 13 für die Vorkompressionseinrichtung an der ersten Zusatzöffnung ein erster piezoelektrischer Aktor und für die Entlastungseinrichtung an der zweiten Zusatzöffnung ein zweiter piezoelektrischer Aktor vorgesehen sind, so kann die Betätigung der Aktoren auch in der Weise erfolgen, daß die elektrische Ladung zwischen den beiden Aktoren transferiert wird.
Anstatt eines piezoelektrischen Aktors oder eines magnetostriktiven Aktors kann auch beispielsweise eine Magnetpumpe, eine mechanische Pumpe, ein hydraulischer Druckübersetzer oder entsprechend Anspruch 14 ein entsprechend angesteuertes Steuerventil Verwendung finden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1
einen Schnitt durch eine hydrostatische Maschine entsprechend einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
Fig. 2
eine Draufsicht auf den Steuerkörper der in Fig. 1 dargestellten hydrostatischen Maschine;
Fig. 3
eine Draufsicht auf den Steuerkörper und daran angeschlossene piezoelektrischer Aktoren entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4
ein Ausführungsbeispiel für eine elektrische Ansteuerschaltung zur Ansteuerung der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten piezoelektrischen Aktoren;
Fig. 5
eine Draufsicht auf den Steuerkörper einer hydrostatischen Maschine und daran angeschlossene Steuerventile entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 6
ein Diagramm zur Verdeutlichung des Drucks in den Zylindern der hydrostatischen Maschine gemäß dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung; und
Fig. 7
ein Diagramm zur Veranschaulichung des Förderstroms als Funktion des Drehwinkels für eine hydrostatischen Maschine entsprechend dem Stand der Technik.
Fig. 1 zeigt eine allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete, erfindungsgemäße hydrostatische Maschine in Axialkolbenbauweise. Hydrostatische Maschinen in Axialkolbenbauweise sind allgemein bekannt, so daß sich die nachfolgende Beschreibung auf die hier wesentlichen Elemente beschränkt. Es wird betont, daß sich die vorliegende Erfindung in gleicher Weise auch bei hydrostatischen Maschinen in Radialkolbenbauweise verwirklichen läßt.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ist eine Zylindertrommel 2 um eine Drehachse 3 drehbar gelagert. In der Zylindertrommel 2 sind entlang eines Kreises um die Drehachse 3 verteilt angeordnete Zylinder 4 in Form von Zylinderbohrungen vorgesehen, in welchen Kolben 5 axial bewegbar geführt sind. Die Kolben 5 weisen an ihrem aus der Zylindertrommel 2 herausragenden Ende jeweils einen Kugelkopf 6 auf, der in einer entsprechenden kugelförmigen Ausnehmung 7 von Gleitschuhen 8 schwenkbar gelagert ist. Die Gleitschuhe 8 stützten sich an der Gleitfläche 9 einer Schrägseheibe 10 ab und sind mittels einer Drucktasche 11 hydraulisch entlastet. Der Schwenkwinkel α kann mittels einer geeigneten Versteilvorrichtung verstellbar sein. Die Zylinder 4 sind mittels eines im Ausführungsbeispiel scheibenförmig ausgebildeten Steuerkörpers 12 zyklisch alternierend mit einer Niederdruckleitung oder einer Hochdruckleitung verbindbar. Der Steuerkörper 12 ist in Fig. 2 in einer Draufsicht dargestellt, so daß eine Niederdruck-Steueröffnung 13 und eine Hochdruck-Steueröffnung 14 erkennbar sind. Die Totpunktlage der Kolben 5 ist durch die strichpunktierte Linie 15 markiert.
Wenn die hydrostatische Maschine 1 als Hydropumpe arbeitet, wird Druckmedium während einer ersten Halbumdrehung der Zylindertrommel 2 über die Niederdruck-Steueröffnung 13 in die Zylinder 4 angesaugt, wobei die Kolben 5 einen Saughub ausführen. Während der sich anschließenden Halbumdrehung der Zylindertrommel 2 führen die Kolben 5 einen Druckhub aus und pressen das Druckmedium über die Hochdruck-Steueröffnung 14 in die angeschlossenen Hochdruckleitung. Bei einer Arbeitsweise der hydrostatischen Maschine 1 als Hydromotor ist die Flußrichtung des Druckmediums umgekehrt. Erfindungsgemäß ist zwischen der Niederdruck-Steueröffnung 13 und der Hochdruck-Steueröffnung 14 eine erste Zusatzöffnung 20 vorgesehen. Im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hochdruck-Steueröffnung 14 bezüglich der Totpunktlage 15 der Kolben 5 asymmetrisch ausgebildet, so daß die Anströmkante 21 der Hochdruck-Steueröffnung 14 ist bezüglich der Totpunktlage 15 weiter versetzt ist als die Abströmkante 22. Im Bereich zwischen der Totpunktlage 15 und der Anströmkante 21 der Hochdruck-Steueröffnung 14 wird daher eine Vorkompression erzielt. Um das für die Vorkompression benötigte Fördervolumen auszugleichen, wird über die erste Zusatzöffnung 20 und eine Vorkompressionseinrichtung 23 Druckmedium in die Zylinder 4 injiziert. Die Vorkompressionseinrichtung 23 wird dazu mittels einer Regel- oder Steuereinrichtung 24 so angesteuert, daß sich in den Zylindern 4 beim Übergang von der Niederdruck-Steueröffnung 13 zu der Hochdruck-Steueröffnung 14 ein kontinuierlicher, stetiger Druckaufbau ergibt.
Im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Vorkompressionseinrichtung 23 einen piezoelektrischen Aktor 25. Der piezoelektrische Aktor 25 besteht aus mehreren aufeinander gestapelten Keramikscheiben aus einem piezoelektrischen Material, beispielsweise Bariumtitanat. Die einzelnen Keramikscheiben sind beispielsweise durch Aufdampfen mit Elektroden versehen und so mit einem elektrischen Feld beaufschlagbar, daß die elektrische Feldrichtung in allen piezoelektrischen Keramikscheiben in der gleichen Richtung gerichtet ist. Bei geeigneter Orientierung der piezoelektrischen Keramikscheiben dehnen sich diese bei Anlegen einer elektrischen Spannung aus. Durch die gestapelte Anordnung einer Vielzahl von piezoelektrischen Keramikplatten läßt sich ein ausreichender Aktorhub erzielen, der bei Bedarf durch eine als solches bekannte hydraulische Übersetzung noch erhöht werden kann. Der piezoelektrische Aktor 25 wirkt auf einen Aktorkolben 26 ein, welcher in einem Aktorzylinder 27 axial bewegbar ist. Zur Rückstellung des Aktorkolbens dient eine Rückstellfeder 28.
Der Aktorzylinder ist über eine Verbindungsleitung 28 mit der ersten Zusatzöffnung 20 verbunden. Wenn die gestrichelt dargestellten Ausmündungen 29 der Zylinder 4 die erste Zusatzöffnung 20 überstreichen, wird der piezoelektrische Aktor 25 durch die Regel- oder Steuereinrichtung 24 so mit einer zunehmenden elektrischen Spannung beaufschlagt, daß sich die piezoelektrischen Keramikplatten zunehmend ausdehnen und durch Verschiebung des Aktorkolbens 26 den Druck in dem Aktorzylinder 27 zunehmend erhöhen. Die Ansteuerung erfolgt in der Weise, daß der Druck in der ersten Zusatzöffnung 20 bzw. dem mit dieser verbundenen Zylinder 4 sich ausgehend von dem in der Niederdruck-Steueröffnung 13 herrschenden Niederdruck zu dem in der Hochdruck-Steueröffnung 14 herrschenden Hochdruck kontinuierlich und stetig, beispielsweise linear, erhöht. Dadurch, daß sich der Druck in den Zylindern 4 beim Erreichen der Hochdruck-Steueröffnung 14 auf dem Hochdruck-Niveau befindet, werden Druckpulsationen vermieden. Da das für die Vorkompression benötigte Druckmedium aus dem Aktorzylinder 27 nachgepreßt wird, entstehen keine Einbrüche in dem Förderstrom der hydrostatischen Maschine 1, d. h. Förderstrompulsationen treten nicht auf.
Um die Vorkompressionseinrichtung 23 für die nächsten, vorzukompremierenden Zylinder 4 bereitzustellen, wird die elektrische Spannung 25 des piezoelektrischen Aktors 25 nachfolgend abgeschaltet, so daß sich die piezoelektrischen Keramikplatten des piezoelektrischen Aktors 25 zusammenziehen und sich das Volumen des Aktorzylinders 27 wieder vergrößert. Das hierfür benötigte Druckmedium kann über eine geeignete Nachsaugedrossel 30 oder über ein Saugventil aus einem Druckmedium-Tank 31 nachgesaugt werden.
Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf einen Steuerkörper 12 einer hydrostatischen Maschine 1 entsprechend einem zweiten gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 erweiterten Ausführungsbeispiel. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, so daß sich insoweit ein wiederholende Beschreibung erübrigt.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Hochdruck-Steueröffnung 14 und der Niederdruck-Steueröffnung 13 eine zweite Zusatzöffnung 40 vorgesehen. Die zweite Zusatzöffnung 40 ist über eine Verbindungsleitung 41 mit einem Aktorzylinder 42 einer Entlastungseinrichtung 43 verbunden. Die Entlastungseinrichtung 43 ist in gleicher Weise wie die Vorkompressionseinrichtung 23 aufgebaut, und weist einen piezoelektrischen Aktor 44, einen Aktorkolben 45 und eine Rückstellfeder 46 auf. Die Entlastungseinrichtung 43 wird von einer Regel- oder Steuereinrichtung 47 angesteuert. Zur Nachsaugung des Druckfluids ist eine Nachsaugedrossel 48 zwischen dem Druckmedium-Tank 31 und der Verbindungsleitung 41 vorgesehen. Die Entlastungseinrichtung 44 wird von der Regel- oder Steuereinrichtung 47 so angesteuert, daß sich in den Zylindern 4 beim Übergang von der Hochdruck-Steueröffnung 14 zu der Niederdruck-Steueröffnung 13 ein kontinuierlicher, stetiger Druckabbau ergibt. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist sowohl die erste Zusatzöffnung 20, als auch die zweite Zusatzöffnung 40 in der Totpunktlage 15 vorgesehen.
Zum Erfassen der Drehzahl n der Zylindertrommel 2 der hydrostatischen Maschine 1 ist ein Drehzahlsensor 49 vorgesehen, der mit den Regel- und Steuereinrichtungen 24 und 47 verbunden ist. Ferner ist zum Erfassen des in der Hochdruck-Steueröffnung 14 bzw. der daran angeschlossenen Hochdruckleitung herrschenden Hochdrucks ein Drucksensor 50 vorgesehen, der ebenfalls mit den Regel- oder Steuereinrichtungen 24 und 47 verbunden ist. Die Regel- oder Steuereinrichtungen 24 und 47 erzeugen zur Ansteuerung der piezoelektrischen Aktoren 25 und 44 einen elektrischen Steuerimpuls. Das Zeitintervall für die ansteigende Flanke zur Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 25 bzw. der abfallenden Flanke zur Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 44 ist dabei umgekehrt proportional zur Drehzahl n der Zylindertrommel 2. Je größer die Drehzahl n der Zylindertrommel 2, desto schneller erfolgt der Übergang von dem Druckniveau der Niederdruck-Steueröffnung 13 zu dem Druckniveau der Hochdruck-Steueröffnung 14 und umgekehrt. Die Flankensteilheit des Steuerpulses für die Aktoren 25 und 44 wird ferner durch das Niveau des Hochdrucks pH in der Hochdruck-Steueröffnung 14 bestimmt, wobei die Amplitude des von den Regel- oder Steuereinrichtungen 24 und 47 erzeugten Steuerpulses dem Hochdruck pH proportional ist. Dadurch wird erreicht, daß der Hub der piezoelektrischen Aktoren 25 und 44 der Druckdifferenz zwischen dem Niveau der Niederdruck-Steueröffnung 13 und der Hochdruck-Steueröffnung 14 proportional ist. Dabei wird davon ausgegangen, daß das Druckniveau der Niederdruck-Steueröffnung 13 im wesentlichen vernachlässigbar und zeitlich konstant ist. Der Drehzahlsensor 49 kann gleichzeitig zur Erfassung der Drehlagenposition der Zylindertrommel 2 und somit zur Synchronisation der Betätigungspulse für die piezoelektrischen Aktoren 25 und 44 bezüglich der Lage der Ausmündungen 29 der Zylinderbohrungen 4 dienen.
Wie in Fig. 3 ferner gezeigt, kann zusätzlich jeweils ein Drucksensor 51 und 52 zum Erfassen des Ist-Drucks an der ersten Zusatzöffnung 20 bzw. an der zweiten Zusatzöffnung 40 vorgesehen sein. Dadurch können die Regel- oder Steuereinrichtungen 24 und 47 den durch die piezoelektrischen Aktoren 25 und 44 bestimmten Ist-Druck an einen vorgegebenen Soll-Druck zu jedem Zeitpunkt des Steuerpulses angleichen, so daß der Druckgradient in den Zusatzöffnungen 20 und 44 einem vorgegebenen Idealverlauf nachgeführt bzw. nachgeregelt wird.
Ferner ist es vorteilhaft, das Verdrängungsvolumen der hydrostatischen Maschine 1 mittels eines Verdrängungsvolumensensors 69 zu erfassen. Bei einer hydrostatischen Maschine 1 in Axialkolbenbauweise kann mittels eines geeigneten Sensors, beispielsweise eines Drehpotentiometers, der in Fig. 1 eingezeichnete Schwenkwinkel α der Schrägscheibe 10 erfaßt werden. Dabei ist der Schwenkwinkel α dem Verdrängungsvolumen der hydrostatischen Maschine 1, d. h. dem Hubvolumen in den Zylindern 4, proportional. Da das für die Vorkompression benötigte, über die Zusatzöffnung 20 injizierte Volumen des Druckmediums nicht nur von dem in der Hochdruck-Steueröffnung 14 herrschenden Hochdrucks, sondern auch von dem in den Zylindern 4 befindlichen Volumen abhängt, kann auf der Grundlage des zusätzlich erfaßten Verdrängungsvolumens bzw. Schwenkwinkels α der hydrostatischen Maschine 1 das auf den piezoelektrischen Aktor 25 einwirkende Steuersignal, insbesondere die Amplitude dieses Steuersignals, noch exakter bestimmt werden. Je größer das Hubvolumen in den Zylindern 4 ist, desto größer ist die über die Zusatzöffnung 20 zu injizierende Kompressionsmenge, bei jeweils gleichem Hochdruck pH. Je größer das Verdrängungsvolumen und somit das Hubvolumen in den Zylindern 4 ist, desto größer ist deshalb die Amplitude des den piezoelektrischen Aktors 25 ansteuernden Steuersignais zu wählen. Dies gilt in entsprechender Weise auch für die Ansteuerung der Entlastungseinrichtung 43 mit dem piezoelektrischen Aktor 44.
Die Regel- oder Steuereinrichtungen 24 und 47 können eine in Fig. 4 schematisch dargestellte elektrische Ansteuerschaltung umfassen. Dabei wird ein Ladekondensator C mittels einer variablen Spannungsquelle V über einen Schalter S2 auf eine vorgegebene Ladespannung aufgeladen, die dem in der Hochdruck-Steueröffnung 14 aktuell herrschenden Hochdruck pH und/oder dem Verdrängungsvolumen, insbesondere dem Schwenkwinkel α, der hydrostatischen Maschine 1 proportional ist. Nach dem Aufladen des Ladekondensators C wird der Schalter S2 geöffnet. Die Betätigung des piezoelektrischen Aktors 25 erfolgt über ein Widerstandselement R mit variablem Widerstand. Der Widerstand R ist dabei umgekehrt proportional zu der mittels des Sensors 49 erfaßten Drehzahl n der Zylindertrommel 2. Zur Betätigung des piezoelektrischen Aktors 25 wird der zweite Schalter S1 geschlossen und die Ladung des Ladekondensators C über das Widerstandselement R auf den piezoelektrischen Aktor 24 transferiert. Die Zeitdauer des Ladungstransfers wird dabei durch das variable Widerstandselement R bestimmt, während der Hub des piezoelektrischen Aktors 25 durch die Ladespannung des Ladekondensators C vorgegeben ist und von dem mittels des Drucksensors 50 erfaßten Hochdruck pH und/oder dem Verdrängungsvolumen der hydrostatischen Maschine 1 abhängig ist.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dargestellt ist eine Draufsicht auf den Steuerkörper 12. Auch hier sind bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Im Unterschied zu dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel dient als Vorkompressionseinrichtung 23 bzw. als Entlastungseinrichtung 43 nicht ein piezoelektrischer Aktor, sondern jeweils ein Steuerventil 70 bzw. 71, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist. Dabei ist ein Ventilkörper mittels einer z. B. als Proportionalmagnet ausgebildeten elektrischen Betätigungseinrichtung 72 bzw. 73 gegen eine Rückstellfeder 74 bzw. 75 verstellbar. In der in Fig. 5 dargestellten Grundstellung ist die zu der ersten Zusatzöffnung 20 des Steuerkörpers 12 führende Verbindungsleitung 28 unterbrochen. Mit zunehmender Beaufschlagung der elektrischen Betätigungseinrichtung 72 wird die Verbindungsleitung 28 zunehmend über eine Drossel 74 mit der Hochdruck-Steueröffnung 14 bzw. der daran angeschlossenen Hochdruckleitung verbunden, so daß sich der Druck an der ersten Zusatzöffnung 20 zunehmend erhöht. Auf diese Weise läßt sich ein kontinuierlicher, stetiger Druckaufbau ausgehend von dem Niveau der Niederdruck-Steueröffnung 13 bis zum Niveau der Hochdruck-Steueröffnung 14 an der ersten Zusatzöffnung 20 erreichen. Die Ansteuerung der elektrischen Betätigungseinrichtung 72 erfolgt mittels der Regel- oder Steuereinrichtung 24 in ähnlicher Weise wie die Ansteuerung des in den Fig. 3 und 4 beschriebenen Aktors 25.
In gleicher Weise ist die von der zweiten Zusatzöffnung 40 kommende Verbindungsleitung 41 in der in Fig. 5 dargestellten Grundstellung unterbrochen. Mit zunehmender Beaufschlagung der elektrischen Betätigungseinrichtung 73 wird der Ventilkörper des Steuerventils 71 zunehmend gegen die Rückstellfeder 75 verschoben, so daß das Steuerventil 71 zunehmend öffnet und eine Entlastung der zweiten Zusatzöffnung 40 über eine Drossel 76 zu dem Druckmedium-Tank 31 ermöglicht. Die Ansteuerung der elektrischen Betätigungseinrichtung 73 erfolgt dabei mittels der Regel- oder Steuereinrichtung 47 in ähnlicher Weise wie die Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 44 in Fig. 3.
Fig. 6 zeigt den Druck p in den Zylindern 4 als Funktion des Drehwinkels ϕ der Zylindertrommel 2. Dabei ist ein Vergleich des Druckverlaufs bei konventionell ausgebildeten hydrostatischen Maschinen mit dem Druckverlauf einer erfindungsgemäß ausgebildeten hydrostatischen Maschine für zwei verschiedene Arbeitsdrücke bzw. Hochdrücke p2 und p'2 dargestellt. Die Druckverläufe für konventionell ausgebildete hydrostatische Maschinen sind dabei als durchgezogene Linien dargestellt, während die Druckverläufe für eine erfindungsgemäß ausgebildeten hydrostatische Maschine durch strichpunktierte Linien dargestellt sind. Erkennbar ist bei dem Druckverlauf einer konventionellen hydrostatischen Maschine die Druckpulsation in den beiden Umsteuerbereichen. Durch die erfindungsgemäße geregelte oder gesteuerte Vorkompression bzw. Entlastung in den Umsteuerbereichen wird ein kontinuierlicher, stetiger Druckaufbau bzw. Druckabbau unter Vermeidung von Druckspitzen erreicht. Dadurch kann die Geräuschemission der hydrostatischen Maschine erheblich vermindert werden. Ferner wird einer Kavitationsschädigung entgegengewirkt.
Anstelle piezoelektrischer oder magnetostriktiver Aktoren können als Vorkompressionseinrichtung bzw. Entlastungseinrichtung auch z. B. eine Magnetpumpe, eine direkt angetriebene mechanische Pumpe oder eine von einem Elektromotor mit variabler Drehzahl angetriebene mechanische Pumpe eingesetzt werden.

Claims (14)

  1. Hydrostatische Maschine (1) mit Kolben (5), die in Zylindern (4) bewegbar sind und einer zyklischen Hubbewegung unterworfen sind, und mit einem Steuerkörper (12), der eine Niederdruck-Steueröffnung (13) und eine Hochdruck-Steueröffnung (14) zum zyklischen, alternierenden Verbinden der Zylinder (4) mit einer Niederdruckleitung und einer Hochdruckleitung sowie eine zwischen der Niederdruck-Steueröffnung (13) und der Hochdruck-Steueröffnung (14) angeordnete erste Zusatzöffnung (20) zum Beaufschlagen der Zylinder (4) mit einem vorkomprimierten Druckmedium aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die erste Zusatzöffnung (20) mit einer geregelten oder gesteuerten Vorkompressionseinrichtung (23) verbunden ist, die durch eine Regel- oder Steuereinrichtung (24) so angesteuert wird, daß sich in den Zylindern (4) beim Übergang von der Niederdruck-Steueröffnung (13) zu der Hochdruck-Steueröffnung (14) ein kontinuierlicher, stetiger Druckaufbau einstellt.
  2. Hydrostatische Maschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein mit der Regel- oder Steuereinrichtung (24) verbundener Drehzahl- und Positionssensor (49) vorgesehen ist, der die Drehzahl (n) der hydrostatischen Maschine (1) erfaßt, und
    daß die Vorkompressionseinrichtung (23) von der Regel- oder Steuereinrichtung (24) so angesteuert wird, daß diese den Druck in der ersten Zusatzöffnung (20) des Steuerkörpers (12) von dem in der Niederdruck-Steueröffnung (13) herrschenden Niederdruck zu dem in der Hochdruck-Steueröffnung (14) herrschenden Hochdruck in einem Zeitintervall aufbaut, das der Drehzahl (n) der hydrostatischen Maschine (1) umgekehrt proportional ist.
  3. Hydrostatische Maschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein mit der Regel- oder Steuereinrichtung (24) verbundener Drucksensor (50) vorgesehen ist, der den Hochdruck (pH) in der Hochdruckleitung (14) erfaßt, und daß die Vorkompressionseinrichtung (23) von der Regel- oder Steuereinrichtung (24) so angesteuert wird, daß diese den Druck in der ersten Zusatzöffnung (20) des Steuerkörpers (12) von dem in der Niederdruck-Steueröffnung (13) herrschenden Niederdruck zu dem in der Hochdruck-Steueröffnung (14) herrschenden Hochdruck (pH) mit einer Flankensteilheit aufbaut, die dem Hochdruck (pH) in der Hochdruckleitung proportional ist.
  4. Hydrostatische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Steuerkörper (12) eine zwischen der Hochdruck-Steueröffnung (14) und der Niederdruck-Steueröffnung (13) angeordnete zweite Zusatzöffnung (40) aufweist, und daß die zweite Zusatzöffnung (40) mit einer geregelten oder gesteuerten Entlastungseinrichtung (43) verbunden ist, die durch eine Regel- oder Steuereinrichtung (47) so angesteuert wird, daß sich in den Zylindern (4) beim Übergang von der Hochdruck-Steueröffnung (14) zu der Niederdruck-Steueröffnung (13) ein kontinuierlicher, stetiger Druckabbau einstellt.
  5. Hydrostatische Maschine nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein mit der Regel- oder Steuereinrichtung (47) verbundener Drehzahlsensor (n) vorgesehen ist, der die Drehzahl (n) der hydrostatischen Maschine (1) erfaßt, und daß die Entlastungseinrichtung (43) von der Regel- oder Steuereinrichtung (47) so angesteuert wird, daß diese den Druck in der zweiten Zusatzöffnung (40) des Steuerkörpers (12) von dem in der Hochdruck-Steueröffnung (14) herrschenden Hochdruck zu dem in der Niederdruck-Steueröffnung (13) herrschenden Niederdruck in einem Zeitintervall abbaut, das der Drehzahl (n) der hydrostatischen Maschine (1) umgekehrt proportional ist.
  6. Hydrostatische Maschine nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein mit der Regel- oder Steuereinrichtung (47) verbundener Drucksensor (50) vorgesehen ist, der den Hochdruck (pH) in der Hochdruckleitung erfaßt, und daß die Entlastungseinrichtung (43) von der Regel- oder Steuereinrichtung (47) so angesteuert wird, daß diese den Druck in der zweiten Zusatzöffnung (40) des Steuerkörpers (12) von dem in der Hochdruck-Steueröffnung (14) herrschenden Hochdruck (pH) zu dem in der Niederdruck-Steueröffnung (13) herrschenden Niederdruck mit einer Flankensteilheit abbaut, die dem Hochdruck (pH) in der Hochdruckleitung proportional ist.
  7. Hydrostatische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein mit der Regel- oder Steuereinrichtung (24, 27) verbundener Drucksensor (51) vorgesehen ist, der den Ist-Druck in der ersten Zusatzöffnung (20) und/oder der zweiten Zusatzöffnung (40) erfaßt, und daß die Regel- oder Steuereinrichrung (24, 47) den Ist-Druck in der ersten Zusatzöffnung (20) und/oder der zweiten Zusatzöffnung (40) auf einen sich zeitlich ändernden Soll-Druck einregelt.
  8. Hydrostatische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein mit der Regel- oder Steuereinrichtung (24, 27) verbundener Verdrängungsvolumensensor (69) vorgesehen ist, der das Verdrängungsvolumen der hydrostatischen Maschine (1) erfaßt, und
    daß die Regel- und Steuereinrichtung (24, 27) die Vorkompressionseinrichtung (23) und/oder die Entlastungseinrichtung (43) in Abhängigkeit von dem erfaßten Verdrängungsvolumen der hydrostatischen Maschine (1) ansteuert.
  9. Hydrostatische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Vorkompressionseinrichtung (23) und ggf. die Entlastungseinrichtung (43) einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (25; 44) aufweist, der auf einen Aktorkolben (26; 45) einwirkt, welcher in einem mit der zugeordneten Zusatzöffnung (20; 40) verbundenen Aktorzylinder (27; 42) verschiebbar ist.
  10. Hydrostatische Maschine nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Regel- oder Steuereinrichtung (24; 47) eine elektrische Ansteuerschaltung umfaßt, bei welcher der piezoelektrische Aktor (25) von bzw. zu einem Ladekondensator (C) über ein Widerstandselement (R) mit vorgegebenem Widerstand geladen bzw. entladen wird.
  11. Hydrostatische Maschine nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Widerstand des Widerstandselements (R) von der Drehzahl (n) der hydrostatischen Maschine (1) abhängig ist.
  12. Hydrostatische Maschine nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Ladekondensator (C) auf eine Ladespannung aufgeladen wird, die von dem in der Hochdruckleitung herrschenden Hochdruck (pH) abhängt.
  13. Hydrostatische Maschine nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Vorkompressionseinrichtung (23) einen ersten piezoelektrischen Aktor (25) und die Entlastungseinrichtung (43) einen zweiten piezoelektrischen Aktor (44) aufweist und eine elektrische Ladung bei der Betätigung eines der Aktoren (25; 44) auf den bzw. von dem jeweils anderen Aktor (44; 25) umgeladen wird.
  14. Hydrostatische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Vorkompressionseinrichtung (23) und ggf. die Entlastungseinrichtung (43) ein Steuerventil (70; 71) aufweist, das von der Regel- oder Steuereinrichtung (24; 47) angesteuert wird.
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